CN103037022A - 网络地址自动分配方法及专门实施该方法的数据中心 - Google Patents

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CN103037022A CN2011103200345A CN201110320034A CN103037022A CN 103037022 A CN103037022 A CN 103037022A CN 2011103200345 A CN2011103200345 A CN 2011103200345A CN 201110320034 A CN201110320034 A CN 201110320034A CN 103037022 A CN103037022 A CN 103037022A
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Abstract

本发明涉及一种网络地址自动分配方法，步骤包含(1)产生网络地址请求包；(2)取得媒体访问控制地址；(3)取得至少一网络交换器的网络地址转发表；(4)使用媒体访问控制地址分析至少一网络地址转发表，而取得网络设备所电连接的网络交换器及其端口的编号；(5)动态主机设定协议服务器(a)分配一个未使用的网络地址给网络设备，或(b)依据网络设备所电连接的网络交换器及其端口编号，将其在网络地址分配表所默认的网络地址分配给网络设备；(6)将媒体访问控制地址或/及分配的网络地址记录在网络地址分配表中的网络交换器及其端口的编号的对应字段。

Description

网络地址自动分配方法及专门实施该方法的数据中心
技术领域
本发明涉及一种网络地址自动分配方法，特别是一种具定位功能的网络地址自动分配方法及专门实施该方法的数据中心。
背景技术
随着计算机科技的进步与因特网的快速发展，藉由因特网提供的服务或功能也愈来愈多，因此，由多台计算机或服务器(server)所组成的云计算的数据中心(data center)也快速增加，数据中心为了在因特网上不中断地提供更多的服务或功能，数据中心必需可以适时地增加、移除或更换数据中心的计算机或服务器，使数据中心可以依据日益竞争的因特网环境有效率地且适时地调整数据中心的计算机或服务器的放置。
数据中心的所有计算机或服务器之间皆使用网络的链接(link)或连接进行数据的传递，依因特网协议(Internet Protocol)的运作方式，每一台计算机或服务器皆需要取得一个因特网协议地址(IP address)才可以正常地藉由网络传递数据，目前，数据中心会使用动态主机设定协议服务器(DHCP server)自动地分配因特网协议地址(网络地址)给每一台计算机或服务器，使每一台计算机或服务器快速地取得一个的因特网协议地址。
然而，传统动态主机设定协议服务器(DHCP server)只依据目前因特网协议地址的使用状况及可用(剩余)的因特网协议地址进行分配，虽然，每一台计算机或服务器都取得一个因特网协议地址，使其在网络(域)空间(networkdomain)可以明确地藉由该因特网协议地址辩识其身份，但每一台计算机或服务器所使用的因特网协议地址与其在数据中心实际的放置处没有对应关系。
当用以管理数据中心运作的管理程序发现其中一台计算机或服务器因硬件故障而无法正常运作时，管理程序会通知维护人员进行维修，由于维护人员无法藉由该故障服务器的因特网协议地址得知或辩识该故障服务器在数据中心实际的放置处，只能依靠技术能力较高的维修人员在服务器数量众多的数据中心，例如数千台甚至上万台，藉由逐台检测的方式找寻该台故障的服务器，非常费时且需要较高的人力成本。
因此，如何发展一种网络地址自动分配方法及专门实施该方法的数据中心，实为目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的为提供一种具有定位功能的网络地址自动分配方法及专门实施该方法的数据中心，数据中心的网络地址(因特网协议地址)分配是依据各网络设备(服务器)的放置处自动地动态分配，当管理程序发现有网络设备发生故障而无法正常运作时，不用依靠技术能力较高的维修人员在网络设备数量众多的数据中心利用逐台检测的费时方式找寻该台故障的网络设备，管理程序及维修人员可以轻易地且快速地由该故障网络设备的网络地址得知或辨识该故障网络设备在数据中心实际的放置处，可以大大地降低人力成本及维护人员的技术门槛。
为达上述目的，本发明的一较广义实施方式为提供一种具有定位功能的网络地址自动分配方法，其步骤包含：(1)网络设备产生包含媒体访问控制地址的网络地址请求包，且经由网络交换器传送至动态主机设定协议服务器；(2)动态主机设定协议服务器解析网络地址请求包而取得媒体访问控制地址；(3)动态主机设定协议服务器取得至少一网络交换器的网络地址转发表；(4)动态主机设定协议服务器使用媒体访问控制地址分析至少一网络地址转发表，而取得网络设备所电连接的网络交换器及其端口的编号；(5)动态主机设定协议服务器(a)分配一个未使用的网络地址给网络设备，或(b)依据网络设备所电连接的网络交换器及其端口的编号，将其在网络地址分配表所默认的网络地址分配给网络设备；以及(6)动态主机设定协议服务器将媒体访问控制地址或/及分配的网络地址记录在网络地址分配表中的网络交换器及其端口的编号的对应字段；其中，依据网络地址在网络设备位置表以及网络地址分配表中辨识网络设备的位置。
为达上述目的，本发明的另一较广义实施方式为提供一种具有网络地址自动分配功能的数据中心，该数据中心包含：多个网络交换器；多个网络设备；动态主机设定协议服务器；以及多个机架，每一个机架至少放置一个网络交换器及网络设备，且彼此间藉由多个数据传输线相互电连接而构成局域网络；其中，动态主机设定协议服务器与网络交换器相通讯且执行网络地址自动分配方法，其步骤包含：(1)接收且解析网络地址请求包而取得提出网络地址分配要求的网络设备的媒体访问控制地址；(2)取得至少一网络交换器的网络地址转发表；(3)使用该媒体访问控制地址分析该至少一网络地址转发表，而取得该网络设备所电连接的网络交换器及其端口的编号；以及(4)分配一个未使用的网络地址给该网络设备，或(依据该网络设备所电连接的网络交换器及其端口的编号，将其在网络地址分配表所预设的网络地址分配给该网络设备；以及(5)将该媒体访问控制地址或/及分配的该网络地址记录在网络地址分配表中的该网络交换器及其端口的编号的对应字段；其中，依据网络地址在网络设备位置表以及网络地址分配表中辨识网络设备的位置。
附图说明
图1：为本发明的一实施例的数据中心的设备实体配置示意图。
图2：为本发明的一实施例的具有网络地址自动分配功能的数据中心系统架构示意图。
图3：为本发明的一实施例的网络地址自动分配方法的步骤流程示意图。
图4：为本发明的一实施例的具有网络地址自动分配功能的数据中心系统架构与步骤流程示意图。
其中，附图标记说明如下：
数据中心：1
机柜：A11～A54，B11～B54
第一机柜的第一～第七容置空间：A110～A116
第二机柜的第一～第七容置空间：A120～A126
第三机柜的第一～第七容置空间：B130～B136
第一～第三网络交换器：W11～W13
第一网络交换器的第一～第六端口：W111～W116
第二网络交换器的第一～第六端口：W121～W126
第三网络交换器的第一～第六端口：W131～W136
第一～第十八媒体访问控制地址：MAC1～MAC18
网络地址自动分配方法的步骤：S31～S36
服务器：1101～1306
动态主机设定协议服务器：21
防火墙：23
路由器：24
网络地址请求包：P1
第一～第三网络地址转发表：AFT1～AFT3
具体实施方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方法上具有各种的变化，然而其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。
请参阅图1，其为本发明的一实施例的数据中心的设备实体配置示意图。如图1所示，在本实施例中，数据中心1的放置空间为多层(双层)的建筑结构空间，且多个机架A11～A54，B11～B54(rack)分别放置在第一层与第二层的建筑结构空间内，其在各层建筑结构空间中以数组方式排列或放置，并依放置处对应编号为A11～A54，B11～B54，但不以此为限，其中，每一个机架中放置的网络设备(未图标)，例如网络交换器(network switch)或服务器(server)，彼此间由多个数据传输线12，例如以太网络线(Ethernet line)或光纤网络线，相互电连接而构成局域网络(LAN)，使机架A11～A54，B11～B54中放置的网络设备彼此可以互相传递数字数据，同时提供因特网(Internet)的各类网络服务，例如网页服务器(Web-server)或文件传输协议服务器(FTP server)。
由于，数据中心1的机架数目众多且会随着使用者需求而变化，其中机架内放置的网络设备可以是但不限为网络交换器或/及服务器，以下将例举三个机架A11，A12，B13且放置的网络设备为服务器来说明本发明技术及运作原理，但不以此为限。请参阅图2并配合图1，其中图2为本发明的一实施例的具有网络地址自动分配功能的数据中心系统架构示意图。如图2所示，数据中心1包含：多个网络交换器W11～W13、多个服务器1101～1306(网络设备)、动态主机设定协议服务器21(DHCP server)以及多个机架A11，A12，B13，该多个服务器1101～1306分别放置在对应的机架A11，A12，B13，每一个机架至少放置一个网络交换器，在本实例中，第一～第三网络交换器W11～W13分别放置在第一～第三机架A11，A12，B13的第一容置空间A110，A120，B130，每一个机架A11，A12，B13各自放置六个服务器，但不以此为限。
在本实施例中，动态主机设定协议服务器21与第一～第三网络交换器W11～W13彼此间藉由数据传输线，例如以太网络线或光纤网络线，相互电连接与通讯而构成第一局域网络22，且依据各服务器1101～1306(网络设备)的放置处分配因特网协议地址(IP address)给对应的服务器，使第一～第三机架A11，A12，B13中放置的服务器1101～1306彼此可以互相传递数字数据，同时提供因特网25的各类网络服务，例如网页服务器或文件传输协议服务器。其中，每一个机架A11，A12，B13中的网络交换器W11～W13各自包含多个端口(port)，且各网络交换器的端口与服务器(网络设备)间的电连接关系会依据动态主机设定协议服务器21内记录的网际地址(因特网协议地址)分配策略(或分配表)进行电连接。
在本实施例中，第一机架A11内的第一～第六服务器1101～1106由上而下依序放置在第一机架A11的第二～第七容置空间A111～A116，且第一网络交换器W11的第一～第六端口W111～W116分别与放置在第一机架A11内的第一～第六服务器1101～1106对应电连接，但不以此为限。相似地，第二机架A12内的第一～第六服务器1201～1206由上而下依序放置在第二机架A12的第二～第七容置空间A121～A126，且第二网络交换器W12的第一～第六端口W121～W126分别与放置在第二机架A12内的第一～第六服务器1201～1206对应电连接。第三机架B13内的第一～第六服务器1301～1306由上而下依序放置在第三机架B13的第二～第七容置空间B131～B136，且第三网络交换器W13的第一～第六端口W131～W136分别与放置在第三机架B13内的第一～第六服务器1301～1306对应电连接。
在本实施例中，数据中心1更包含：防火墙23(firewall)及路由器24(router)，设置于第一局域网络22与因特网25的间，其中，防火墙23依据一些预先设定的网络安全规则，来控制进/出第一局域网络22与因特网25的间的数据包(data packet)，即由分析、过滤以及控制进/出第一局域网络22与因特网25间的数据包达到数据中心1的系统网络(第一局域网络22)的控管及安全性保护。路由器24的主要功能为负责第一局域网络22与因特网25间的包转递(IP forwarding)，运作时，路由器24依据内部的路由表(route table)及数据包的目的地，指示正确的方向，并计算评估最便捷有效率的路径来传输数据包，也就是说路由器24会为数据包做优化的工作，找出最适当的路径。
请参阅表1与表2，其中表1为本发明的一实施例的网络设备(服务器)位置表，而表2为本发明的一实施例的网络地址分配表，如表1与表2所示的网络设备(服务器)位置表及网络地址分配表可以但不限储存在动态主机设定协议服务器21，网络设备(服务器)位置表中记录了每一个网络交换器的端口及其所电连接的网络设备(服务器)的位置彼此间的对应关系，而网络地址分配表中记录了每一个网络交换器的端口、其所电连接的网络设备(服务器)的网络地址与媒体访问控制地址(media access control address，MAC address)彼此间的对应关系。在本实施例中，在设计及建立数据中心1时，工程人员只需要依据表1所记录的放置方式及电连接方式进行各个网络交换器W11～W13与服务器(网络设备)1101～1306的设置及彼此间的电连接。
Figure BSA00000596695300061
表1
Figure BSA00000596695300062
表2
举例而言，服务器1101放置在数据中心1的第二层建筑结构空间的第一排的第一列的第一个机架A11中的第二个容置空间A111，且与该第一个机架A11中的第一网络交换器W11的第一端口W111电连接，相似地，服务器1305放置在数据中心1的第一层建筑结构空间的第一排的第三列的第三个机架B13中的第六个容置空间B135，且与该第三个机架B13中的第三网络交换器W13的第五端口W135电连接。
请参阅图3并配合第1～2图以及第1～2表，其中图3为本发明的一实施例的网络地址自动分配方法的步骤流程示意图。如图3所示，在步骤S31中，因服务器1101～1306的更换、系统启动、重置或其他运作需求而使服务器1101～1306需要取得网络地址(IP address)时，服务器1101～1306会产生包含媒体访问控制地址(MAC address)的网络地址请求包(IP request packet)，且经由对应的网络交换器W11～W13及其所对应的端口W111～W136传送至动态主机设定协议服务器21，以要求动态主机设定协议服务器21分配网络地址。
在步骤S32中，动态主机设定协议服务器21解析接收的网络地址请求包，而取得提出网络地址分配要求的服务器1101～1306的媒体访问控制地址。在步骤S33中，动态主机设定协议服务器21由简单网络管理协议(SNMP)功能或其它网络管理功能取得该多个网络交换器W11～W13中的网络地址转发表(address forwarding table，AFT)。
在步骤S34中，由于网络地址转发表(AFT)记录了网络交换器的每一个端口进/出的数据包中所包含的媒体访问控制地址，因此，动态主机设定协议服务器21可以使用网络地址请求包内的媒体访问控制地址分析该多个网络交换器W11～W13中的网络地址转发表，而取得提出网络地址分配要求的服务器1101～1306(即发送网络地址请求包的服务器)所电连接的网络交换器及其端口的编号。
在步骤S35中，动态主机设定协议服务器21(a)分配一个未使用的网络地址(IP address)给提出网络地址分配要求的服务器1101～1306，或(b)依据提出网络地址分配要求的服务器1101～1306所电连接的网络交换器及其端口编号，将其在网络地址分配表(表2)所预设的网络地址分配给该服务器。在步骤S36中，动态主机设定协议服务器21再分配网络地址后，会将分配的网络地址或/及提出网络地址分配要求的服务器1101～1306的媒体访问控制地址记录在网络地址分配表(表2)中的该网络交换器及其端口的编号的对应字段。
举例而言，请参阅图4并配合第1～3图以及第1～2表，其中图4为本发明的一实施例的具网络地址自动分配方法的数据中心系统架构与步骤流程示意图。如图3所示，在步骤S31中，因服务器1306的更换、系统启动、重置或其他运作需求而使服务器1306需要取得网络地址(IP address)时，服务器1306会产生包含第一媒体访问控制地址MAC1的网络地址请求包P1，且经由第三网络交换器W13的第六端口W136传送至动态主机设定协议服务器21，以要求动态主机设定协议服务器21分配网络地址。
在本实施例中，步骤S32中，动态主机设定协议服务器21解析接收的网络地址请求包P1而取得该服务器1306的第一媒体访问控制地址MAC1。在步骤S33中，动态主机设定协议服务器21藉由简单网络管理协议(SNMP)功能取得第三网络交换器W13中的第三网络地址转发表AFT3。在步骤S34中，由于网络地址请求包P1是经由第三网络交换器W13的第六端口W136传送至动态主机设定协议服务器21，因此在第三网络地址转发表AFT3中会记录具有第一媒体访问控制地址MAC1的网络地址请求包P1是经由第三网络交换器W13的第六端口W136传递等信息，当动态主机设定协议服务器21使用第一媒体访问控制地址MAC1分析第三网络地址转发表AFT3时，可以藉此辨识出该服务器1306是电连接于第三网络交换器W13的第六端口W136。
在本实施例中，步骤S35中，动态主机设定协议服务器21(a)分配一个未使用的网络地址(192.168.0.26)给该服务器1306，或(b)依据该服务器1306所电连接的第三网络交换器W13及其第六端口编号W136，将其在网络地址分配表(表2)所预设的网络地址(192.168.0.26)分配给该服务器1306。在步骤S36中，动态主机设定协议服务器21再分配网络地址后，会将分配的网络地址(192.168.0.26)或/及该服务器1306的第一媒体访问控制地址MAC1，例如00-16-EC-E9-FF-A7，记录在网络地址分配表(表2)中的第三网络交换器W13的第六端口的对应字段。
请参阅表3并配合第1～2表，其中表3为本发明的另一实施例的网络地址分配表。如表3所示，在所有服务器1101～1306依据上述方法取得网络地址(IP address)后，网络地址分配表中会记录所有已经分配的网络地址(192.168.0.1～192.168.0.26)、其对应的媒体访问控制地址MAC1～MAC18、其对应电连接的网络交换器W11～W13以及其端口的编号。当用以管理数据中心运作的管理程序(未图标)发现数据中心1中有网络设备(服务器1101～1306)发生故障而无法正常运作时，管理程序除了会通知维护人员进行维修外，维护人员或管理程序更可以依据故障的网络设备的网络地址(IP address)在网络设备(服务器)位置表以及网络地址分配表中快速地取得故障网络设备(服务器1101～1306)的位置，进而达到定位功能。
Figure BSA00000596695300091
表3
综上所述，本发明的数据中心的网络地址分配系依据各网络设备(服务器)的放置处自动地动态分配，当管理程序发现有网络设备发生故障而无法正常运作时，不用依靠技术能力较高的维修人员在网络设备数量众多的数据中心利用逐台检测的费时方式找寻该台故障的网络设备，管理程序或/及维修人员可以轻易地且快速地由该故障网络设备的网络地址得知或辨识该故障网络设备在数据中心实际的放置处，进而达到定位功能，可以大大地降低人力成本及维护人员的技术门槛。
此外，本发明技术使用简单网络管理协议(SNMP)功能或其它网络管理功能取得各个网络交换器的网络地址转发表(AFT)进而辨识出每一个网络设备(服务器)所对应电连接的网络交换器及其端口的编号，在网络设备为请求分配网络地址(IP address)所产生的网络地址请求包中不需要包含其所对应电连接的网络交换器及其端口的编号等数据，为现行网络设备(服务器及网络交换器)的运作方式，故本发明技术只需要由修改动态主机设定协议服务器的程序，同时建立或调整网络设备位置表以及网络地址分配表，即可以轻易地应用在现行的网络设备及数据中心，以较低的成本实现。
本发明已由上述的实施例详细叙述，然而上述实施方式并非用以限定本发明，任何熟练掌握本领域普通技术的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的变动与调整，皆不脱离如本申请后附的权利要求的保护范围。

Claims (15)

1.一种网络地址自动分配方法，其步骤包含：
(1)一网络设备产生包含具有媒体访问控制地址的一网络地址请求包，且经由一网络交换器传送至一动态主机设定协议服务器；
(2)该动态主机设定协议服务器解析该网络地址请求包而取得其媒体访问控制地址；
(3)该动态主机设定协议服务器取得至少一网络交换器的一网络地址转发表；
(4)该动态主机设定协议服务器使用该媒体访问控制地址分析该至少一网络地址转发表，而取得该网络设备所电连接的网络交换器及其端口的编号；
(5)该动态主机设定协议服务器(a)分配一个未使用的一网络地址给该网络设备，或(b)依据该网络设备所电连接的网络交换器及其端口的编号，将其在一网络地址分配表所预设的网络地址分配给该网络设备；以及
(6)该动态主机设定协议服务器将该媒体访问控制地址或/及分配的该网络地址记录在该网络地址分配表中的该网络交换器及其端口的编号的对应字段；
其中，依据该网络地址在一网络设备位置表以及该网络地址分配表中辨识该网络设备的位置。
2.如权利要求1所述的网络地址自动分配方法，其中该步骤(3)：该动态主机设定协议服务器是由一简单网络管理协议功能取得该至少一网络地址转发表。
3.如权利要求1所述的网络地址自动分配方法，其中该网络设备位置表中记录每一个网络交换器的端口及其所电连接的网络设备的位置彼此间的对应关系，该网络设备位置表及该网络地址分配表储存在该动态主机设定协议服务器。
4.如权利要求1所述的网络地址自动分配方法，其中该网络设备为网络交换器或/及服务器。
5.如权利要求4所述的网络地址自动分配方法，其中该服务器为一网页服务器或一文件传输协议服务器。
6.如权利要求1所述的网络地址自动分配方法，用于一数据中心，且该数据中心包含：多个网络交换器、多个网络设备、该动态主机设定协议服务器以及多个机架，且彼此间由多个数据传输线相互电连接而构成一局域网络，使彼此可以互相传递数字数据，其中每一个机架至少放置一个网络交换器及网络设备。
7.如权利要求6所述的网络地址自动分配方法，其中该数据中心更包含：一防火墙及一路由器，设置于该局域网络与一因特网的间。
8.如权利要求6所述的网络地址自动分配方法，其中该数据传输线为一以太网络线或一光纤网络线。
9.如权利要求1所述的网络地址自动分配方法，其中一管理程序依据该网络地址在该网络设备位置表以及该网络地址分配表中辨识该网络设备的位置。
10.一种专门实施权利要求1所述方法的数据中心，包含：
多个网络交换器；
多个网络设备；
一动态主机设定协议服务器；以及
多个机架，每一个机架至少放置一个网络交换器及网络设备，且彼此间由多个数据传输线相互电连接而构成一局域网络；
其中，该动态主机设定协议服务器与该网络交换器相通讯且执行一网络地址自动分配方法，其步骤包含：
(1)接收且解析一网络地址请求包而取得提出网络地址分配要求的一网络设备的一媒体访问控制地址；
(2)取得至少一网络交换器的一网络地址转发表；
(3)使用该媒体访问控制地址分析该至少一网络地址转发表，而取得该网络设备所电连接的网络交换器及其端口的编号；
(4)分配一个未使用的一网络地址给该网络设备，或依据该网络设备所电连接的网络交换器及其端口的编号，将其在一网络地址分配表所预设的网络地址分配给该网络设备；以及
(5)将该媒体访问控制地址或/及分配的该网络地址记录在该网络地址分配表中的该网络交换器及其端口的编号的对应字段；
其中，依据该网络地址在一网络设备位置表以及该网络地址分配表中辨识该网络设备的位置。
11.如权利要求10所述的数据中心，其中该动态主机设定协议服务器系由一简单网络管理协议功能取得该至少一网络地址转发表。
12.如权利要求10所述的数据中心，其中该网络设备位置表中记录每一个网络交换器的端口及其所电连接的网络设备的位置彼此间的对应关系，该网络设备位置表及该网络地址分配表储存在该动态主机设定协议服务器。
13.如权利要求10所述的数据中心，其中该网络设备为网络交换器或/及服务器。
14.如权利要求10所述的数据中心，其中该数据中心更包含：一防火墙及一路由器，设置于该局域网络与一因特网之间。
15.如权利要求10所述的数据中心，其中一管理程序依据该网络地址在该网络设备位置表以及该网络地址分配表中辨识该网络设备的位置。
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